调谐质量阻尼器用于大跨度楼盖振动控制的研究(土木结构工程专业优秀论文).pdf

摘要 摘要 随着楼盖结构跨度的增大 由于人的正常活动引起的楼盖振动问题逐渐在实 际工程中表现出来 故研究楼盖振动舒适度问题 对于提高楼盖的抗振性能以及 解决楼盖振动问题具有重要的意义 本文对郑州国际会展中心的会议大厅由于行 人引起的振动舒适度问题进行研究 采用调谐质量阻尼器 t m d 进行振动控 制 分析了现有的振动舒适度评价标准 并通过计算对比目前几种行人荷载曲线 的合理性 针对该楼盖结构 设计t m d 的合理参数并通过试验研究其性能 在 此基础上利用s a p 2 0 0 0 有限元软件分析对比t m d 在不同工况 不同外荷载形式 以及不同的t m d 布置方案下的减振效果和楼盖动力响应情况 并总结了外荷载 频率 行人的活动状态和所处的位置对t m d 减振效果的影响情况 通过理论和实际工程相结合的方法 表明t m d 可以对大跨度楼盖在人的行 走激励下进行有效的振动控制 使楼盖的动力响应值大幅度的降低 满足了结构 体系舒适度的要求 从而提高结构的安全性和适用性 该工程建成后 经使用表 明 用t m d 控制行人引起的楼盖振动达到了预期效果 这种减振装置具有施工 简单 空间利用率高 节省工程造价 减振效果明显等优点 是一种控制楼盖振 动的较好方法 可以预见 通过进一步优化设计 t m d 能够更广泛地应用于实 际工程 关键词 楼盖 振动控制 调谐质量阻尼器 行走激励 舒适度 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ef l o o rs p a ni n c r e a s e sb e c a u s eh u m a n sn o r m a la c t i v i t yc a u s e st h e f l o o rv i b r a t i o np r o b l e md i s p l a y sg r a d u a l l yi nt h ep r a c t i c a lp r o j e c t t h e r e f o r et h e r e s e a r c hf l o o rv i b r a t i o nc o m f o r tp r o b l e m r e g a r d i n ge n h a n c e st h ef l o o rt h e v i b r a t i o n p r o o fp e r f o r m a n c ea sw e l la st h es o l u t i o nf l o o rv i b r a t i o np r o b l e mh a st h e q u i t e v i t a l s i g n i f i c a n c e t h i sp a p e r t a k e sc o n f e r e n c ec e n t e ro fz h e n g z h o u i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c ea n de x h i b i t i o nc e n t e ra so b j e c to fs t u d y a d o p tt u n e dm a s s d a m p e r st oc o n t r o lf l o o rv i b r a t i o np r o b l e m a n a l y s e so ft h ee x i s t i n gv i b r a t i o nc o m f o r t l e v e le v a l u a t i o nc r i t e r i aw a sc a r r i e do u t a n dt h r o u g hc o m p u t a t i o nc o n t r a s ta tp r e s e n t s e v e r a lk i n d so fp e d e s t r i a nl o a dc u r v er a t i o n a l i t y i nv i e wo ft h i sf l o o rs t r u c t u r e d e s i g n st m dt h e r e a s o n a b l ep a r a m e t e ra n dt h r o u g h e x p e r i m e n t a ls t u d y i t s p e r f o r m a n c e a n a l y z ea n dc o n t r a s tt h ee f f e c to ft m d a n df l o o rd y n a m i cr e s p o n d s i t u a t i o nu n d e rd i f f e r e n tl o a d i n gc a s e s d i f f e r e n te x c i t a t i o nl o a df o r m sa sw e l la st h e d i f f e r e n tt m ds c h e m eo fa r r a n g e m e n tt h r o u g ht h es a p 2 0 0 0f i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e a n ds u m m a r i z e dt h ei n f l u e n c es i t u a t i o nw h i c ht h ee x c i t a t i o nf r e q u e n c y p e d e s t r i a n s a c t i v ec o n d i t i o na n dl o c a t e st oe f f e c to f t m di nc o n t r o l l i n gv i b r a t i o n m e t h o du n i f yw h i c ht h r o u g ht h et h e o r ya n dt h ea c t u a lp r o j e c t i n d i c a t e dt m d c a nc o n t r o lf l o o rv i b r a t i o ne f f e c t i v e l yd u et ow a l k i n ge x c i t a t i o n c a u s e st h ef l o o r d y n a m i cr e s p o n s e v a l u el a r g es c a l er e d u c i n g m a k es u r es t r u c t u r es y s t e ms a r i s f y c o m f o r td e g r e er e q u e s t t h u se n h a n c e st h es t r u c t u r et h es e c u r i t ya n dt h es e r v i c e a b i l i t y t h i sp r o j e c ta l r e a d yc o m p l e t e d t h ef a c ti n d i c a t e dt h eu s eo ft m dc o n t r o lf l o o r v i b r a t i o nw h i c hc a u s e db yt h ep e d e s t r i a nh a sa c h i e v e dt h ev e r yg o o da n t i c i p a t e d e f f e c t t h i st m dd e v i c eh a st h ec o n s t r u c t i o ns i m p l y h i g hu t i l i z a t i o no fs p a c e t h e e c o n o m i c a lp r o j e c tc o n s t r u c t i o nc o s t t h eo b v i o u se f f e c ti nc o n t r o l l i n gv i b r a t i o na n d s oo n i ti sab e t t e rm e t h o di nc o n t r o l l i n gf l o o rv i b r a t i o n i tc a nb ep r e d i c t e d t h e f u r t h e ro p t i m i z a t i o no ft h ed e s i g n t m dc a r lb em o r ew i d e l yu s e di ne n g a n e e r i n g p r a c t i c e k e yw o r d s f l o o r v i b r a t i o nc o n t r o l t u n e dm a s sd a m p e r w a l k i n ge x c i t a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得j e 塞王些盍堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名 丝篮日期 关于论文使用授权的说明 纠 f j 王 本人完全了解j e 立工些盔堂有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部或部 分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 虢姓锄签名趁堕隰趔腔 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着经济和文化发展的需要 建筑物的跨度和规模越来越大 其中有代表性 的是体育 会议展览和机场建筑 我国近几年建筑设计施工技术发生了很大变革 计算方法的进步 轻质高强材料的使用使得结构体系变得更轻 更柔 阻尼更小 而高层建筑楼盖结构设计趋势是用最小重量的结构系统来跨越较长的跨度 这样 就降低了楼盖的刚度和阻尼 使得楼盖自振频率降低 当楼盖的自振频率与室内 的各种振动荷载的频率接近就会发生共振现象 导致更大的振动作用力和振幅的 形成 影响结构安全和正常使用 也容易导致结构耐久性降低 进行楼盖结构体 系设计不但要满足强度和挠度要求 还要满足舒适度的要求 对于大跨度楼盖因 人的日常活动引起的振动舒适度问题在我国的一些实际工程中也逐步表现出来 了 常常会给人们带来不适感 导致使用者出现紧张甚至恐慌心理 降低了工作 环境质量 影响了工作效率 这些问题的存在 将直接导致结构适用性能的降低 1 1 在我国由于行人引起的楼盖振动舒适度问题长期以来是一个被忽略的问题 但是随着我国社会和经济的发展 我们必须注意到以下几个变化 1 人民生活水 平的普遍提高 人们对生活 工作的环境质量要求也不断提高 这就使得人们对 楼盖振动引起的舒适度问题要求更加严格 2 住房制度的改革 福利分房逐渐 向商品房的转变 使得人们对住房这项固定资产的关注程度大大的提高了 而国 外的研究表明 由于对固定资产关注程度的不同 自有房屋的居住者比租赁房屋 的居住者更喜欢抱怨振动引起的舒适度问题 2 1 可以预见 由于住房制度的改革 我国居民对房屋振动舒适功能的要求将会更加挑剔 3 投诉机制的完善使得广 大消费者有了更多的投诉渠道 人们会用投诉方式来维护自己的权利 这使得工 程设计人员 房产开发商不得不认真关注这些问题 在美国 居民的投诉率往往 是完善建筑物振动舒适性设计的一个重要依据 3 由此可见楼盖振动问题越来越 突出 不得不引起我们的重视 因此有必要对行人引起的楼盖振动问题做进一步 的研究 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 国内外的研究应用现状 1 2 1 关于楼盖振动问题 楼盖在正常使用状态下不能有过大的变形 是楼盖正常使用极限状态设计的 基本要求 各国规范对于楼盖的正常使用极限状态 一般是采用两种途径来保证 1 规定楼盖在荷载标准值下的挠度艿与楼板跨度工的比值 2 规定受弯构 件截面的最小高跨比 大量的工程实践表明 这些规定对于常见的建筑材料和施 工工艺 常见开间大小 的会议中心为工程背景 该会议中心在建筑上分为 5 层 作为本文研究对象的1 2 0 0 人会议大厅位于4 层 其平面见图1 1 图卜1 楼盖结构平面图 由图1 1 可以看到 该会议大厅主要由半径为6 8 5 m 和6 7 9 5 m 的两个扇形 以及两侧的柱列所围成 外弧长为1 2 6 6 m 内弧长为7 5 4 m 最大跨度为4 2 m 沿 径向 楼盖结构的组成形式为 沿径向的每一轴线设置主承重钢桁架 高度为 4 m 支承于周边的混凝土结构 各主承重桁架之间设置次桁架 采用1 0 0 m m 厚的混凝土楼板 由于会议大厅楼盖的跨度较大 容易引起共振 楼盖结构设计 满足强度和挠度的要求 但不满足舒适度的要求 拟采用调谐质量阻尼器 t m d 解决这一问题 本文以此作为课题 通过有限元软件建模分析 研究t m d 的减 振效果 北京工业大学工学硕士学位论文 主要内容包括 1 楼盖振动舒适度的评价标准以及行人荷载曲线的选取 2 设计合理的t i v l d 参数 通过试验研究 确定其性能 3 分析对比n 衄i 在不同工况和不同荷载输入形式下的减振效果 4 分析对比采用不同的减振装置布置方案时 楼盖的动力响应情况及 t m d 的减振效果 通过理论和实际工程相结合的方法 表明t i v i d 可以对大跨度楼盖在人的行 走激励下进行有效的振动控制 使结构体系满足舒适度的要求 从而提高结构的 安全性和适用性 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 2 1 楼盖振动舒适度的主要评价标准 楼盖在正常使用状态下不能有过大的变形 是楼盖正常使用极限状态设计 的基本要求 楼盖的正常使用极限状态设计 一般是通过限制挠度6 与板跨 的 比值来满足楼盖的相关规定 例如我国规范 g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 给出的8 f 的限值为 1 2 5 0 1 4 0 0 嘲 美国标准 a s s 1 1 9 8 2 给出的6 限值为 1 1 8 0 1 3 6 0 z t l 据考证l 3 6 0 的限值已经沿用了1 0 0 多年 其问建筑设计施工技术发生了很大变 革 计算方法的进步 轻质高强材料的使用使得结构体系的频率越来越低 在外 荷载作用下易产生共振现象 从而使结构的安全性达不到相关的要求 尤其是大 跨度楼盖因人的日常活动引起的振动舒适度问题就逐步表现出来 人的活动引起的楼盖振动舒适度问题已得到了国外研究人员的广泛关注 4 捌印 3 们 到目前为止 我国还没有关于控制楼盖振动的相关评价标准 国外 对楼盖振动问题研究比较深入 对于振动舒适度的评价方法也体现在很多国家的 振动舒适度标准中 这些标准形式各样 不同的标准之间的差别也比较大 有的 标准是给出了比较完整的解析表达式 而有的标准仅仅给出了一些曲线或者是表 格 2 1 1r e i h e r 和m e i s t e r 的研究 1 9 3 1 对于楼盖振动舒适度的研究最早的是1 9 3 1 年德国的r e i h c 和m e i s t e r 6 进行的 试验研究 这项工作的研究成果至今仍然被后来的研究人员广泛引用 在这项 研究中 主要是针对持续性振动 持续时间为5 分钟 要求l o 实验对象用 不能 感觉 微微感觉到 容易感觉到 强烈感觉到 不舒适 长时间振动可 能会导致危险 很不舒适 短时间内会感到危险 等6 个主观判断来描述自己 对振动的感受 能感觉到的振动低限 微微感觉到 常常被用来作为区分建筑物中 可以接受和不可接受的振动的分界线 r e i h e r 和m e i s t e r 的研究结果在很多方面 北京工业大学工学硕士学位论文 还有疑问 研究对象的数量 振动特性 干扰因素 实验设计 缺乏统计分析等 等 然而 这项研究的重要意义不在于其数据的精确性 而在于其研究时间早 并提供了对振动反应的一般描述并得到了振动舒适度频率效应的近似规律 2 1 2 修改后的r e i h e r 和m e i s t e r 准贝z 1 9 6 1 1 9 6 1 年l e n z e n 1 明通过试验研究了单脚落足的瞬时反应 假定站在楼盖上的 一个人单脚抬高6 4 m m 突然下落产生的作用力为7 6 0 n 通过大量的试验 l e b z o n 观测到大多数人对持续振动比瞬时振动更加敏感 介于此l e n z e f l 修改r e i h e r m e i s t e r 的研究结果 还是利用6 个主观判断来描述自己对振动的感受 只是通 过乘以一个动力比例因1 0 将原始的位移值分别放大十倍 这个标准应用于在5 个或更少的循环过程中振动即可衰减到2 0 对应的阻尼比接近o 0 5 的情况 同时l e n z f f l 3 还得到对于瞬时振动阻尼是影响楼盖振动舒适度的主要因素 虽然 这个准则比r e i h e r 和m e i s t e r 的要求更加严格 但是给出的是主观上的描述 不同 的人主观感觉是不一样的 加上仅仅是通过大量的单脚落足试验得到的 而实际 过程中人的活动是比较复杂的 因此还存在很多的缺陷 2 1 3w i s s 和p a r m e l e e 的设计准则 1 9 7 4 1 9 7 4 年w i s s 和p 锄e l c e 3 1 均研究主要是针对瞬时振动 持续时间为5 s 通 过四十个人单独作用下的振动试验 最后将试验的结果用一个动力因子r 反映 其计算公式具体如下 矗西 8 务严 1 2 r f f i i3 4 5 完全感觉不到 几乎感觉不到 l 感觉比较明显 感觉比较强烈 感觉很严重 a o 一个人作用下的楼盖跨中最大位移 一楼盖的基频 口楼盖体系的有效阻尼 规定当i t 盈 5 楼盖满足设计要求 这个准则被美国的房屋城市部门所采纳 一8 一 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 2 1 4m u r r a y 的设计准则 1 9 8 1 1 9 8 1 年m u r r a y l 3 习通过对以前设计准则的比较发现各种设计准则都不能达成 一致性 这些标准不能真实地反映楼盖的实际情况 他通过对1 0 0 多个钢 混凝土 楼盖体系所做的试验和分析提出了自己的设计标准 具体如下 1 计算楼盖体系的有效阻尼d h 具体参考表2 1 假如总的有效阻尼 大于8 一1 0 楼盖满足要求 不需进一步的设计 表2 1 楼盖体系可利用阻尼 d d 阻尼源 阻尼比 注释 楼板 1 3 轻质混凝土薄板取最小值 有规则的厚混凝土板取最大值 屋盖 1 3 悬吊楼板取最小值 石灰膏楼板取最大值 机械系统 1 一l o 依据数量和附加装置 指和楼板以三个点或是更多的点连接并且跨越的长度不超 隔板1 0 2 0 过五个或更多的次粱 2 假如楼盖的基频大于1 0 h z 楼板就满足要求可以不考虑阻尼的大小 3 计算楼盖在标准的行人荷载作用下的最大振幅4 以 d l f 一 咭岳 d l f 一动力荷载因子 见表2 2 通过估计总的有效梁数量 劲 考虑附加梁刚度作用 n 醇 2 9 7 0 0 5 7 8 2 5 6 x l o s l i 兰4 l s 为梁的跨度 以为板的有效厚度 4 通过 划分以r 得到修改后的最大振幅彳 4 2 老 5 计算楼盖所需求的阻尼p d d 一 3 5 a o f 2 5 6 比较取删和d 吲的值 假如d 6 d 讲楼盖满足要求 假如d 喇 口删重新设计 当有效阻尼无法估计时 可以利用表2 3 进行比较 北京工业大学工学硕士学位论文 表2 2 动力荷载因子d l f f h zd l ff i i zd l ff h zd l f 1 o o0 1 5 4 l5 5 00 7 8 1 91 0 0 01 1 7 7 0 1 1 00 1 6 9 55 6 00 7 9 3 71 0 1 01 1 8 3 l 1 2 0 o 1 8 4 75 7 00 8 0 5 3l o 2 01 1 8 9 l 1 3 00 2 0 0 05 8 00 8 1 6 81 0 3 01 3 1 9 4 9 1 4 0 0 2 1 2 55 9 00 8 2 8 2 1 0 加 1 2 0 0 7 1 5 00 2 3 0 46 0 00 8 3 9 41 0 5 01 2 0 6 6 1 6 0 0 2 4 5 66 1 00 8 5 0 5 1 0 6 0 1 2 1 2 l 1 7 00 2 6 0 76 2 00 8 6 1 51 0 7 01 2 1 7 7 1 8 00 2 7 5 86 3 0 0 8 7 2 3 1 0 8 01 2 2 3 l 1 9 00 2 9 0 86 4 00 8 8 3 01 0 9 01 2 2 8 5 2 o o0 3 0 5 86 5 00 8 9 3 61 1 0 01 2 3 3 9 2 1 00 3 2 0 76 6 00 9 0 4 0 1 1 1 0 1 2 3 9 l 2 2 00 3 3 5 66 7 0o 9 1 4 31 1 2 01 2 4 4 3 2 3 00 3 5 0 46 8 0 0 9 2 4 4 1 1 3 01 2 4 9 4 2 4 00 3 6 5 l6 9 00 9 3 4 41 1 4 01 2 5 4 5 2 5 00 3 7 9 87 0 0 0 9 4 4 3 1 1 5 01 2 5 9 4 2 6 00 3 9 4 57 1 0o 9 5 4 01 1 6 01 2 6 4 3 2 7 00 4 0 9 l7 2 00 9 6 3 51 1 7 01 2 6 9 2 2 8 00 4 2 3 67 3 00 9 7 2 91 1 8 01 2 7 4 0 2 9 00 4 3 8 07 4 00 9 8 2 l1 1 9 01 2 7 8 7 3 0 00 4 5 2 47 5 0 0 9 9 1 2 1 2 0 01 2 8 3 4 3 1 00 4 6 6 77 6 01 0 0 0 21 2 1 01 2 8 7 9 3 2 00 4 8 0 97 7 01 0 0 9 01 2 2 01 2 9 2 5 3 3 00 4 9 5 07 8 01 0 1 7 6 1 2 3 0 1 2 9 7 0 3 4 00 5 0 9 l7 9 01 0 2 6 11 2 4 01 3 0 1 4 3 5 00 5 2 3 l8 o o1 0 3 4 5 1 2 5 0 1 3 0 5 8 3 6 00 5 3 6 98 1 01 0 4 2 81 2 6 01 3 1 0 l 3 7 00 5 5 0 78 2 01 0 5 0 9 1 2 7 0 1 3 1 4 3 3 8 00 5 6 4 58 3 01 0 5 8 81 2 8 01 3 1 8 5 3 9 00 5 7 8 18 4 01 0 6 6 71 2 9 01 3 2 2 7 4 0 0o 5 9 1 68 5 0 1 0 7 4 4 1 3 0 01 3 2 6 8 一1 0 一 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 4 1 00 6 0 5 08 6 0 1 0 8 2 01 3 1 01 3 3 0 8 4 2 00 6 1 8 48 7 01 0 8 9 51 3 2 0 1 3 3 4 8 4 3 0o 6 3 1 68 8 0 1 0 9 6 91 3 3 01 3 3 8 8 4 4 00 6 4 4 88 9 01 1 0 4 l1 3 4 0l 3 4 2 7 4 5 0o 6 5 7 89 0 0 1 1 1 1 31 3 5 01 3 4 6 6 4 6 00 6 7 0 79 1 01 8 31 3 6 01 3 5 0 4 4 7 00 6 8 3 5 9 2 0 1 1 2 5 21 3 7 01 3 5 4 l 4 8 00 6 9 6 29 3 01 1 3 2 11 3 8 01 3 5 7 9 4 9 0 0 7 0 8 8 9 4 0 1 1 3 8 81 3 9 01 3 6 5 1 5 0 0o 7 2 1 39 5 01 1 4 3 41 4 0 01 3 6 5 2 5 1 0 0 7 3 3 7 9 6 0 1 1 5 1 91 4 1 01 3 6 8 8 5 2 00 7 4 5 99 7 01 1 5 8 31 4 2 01 3 7 2 3 5 3 00 7 5 8 0 9 8 01 1 6 4 71 4 3 01 3 7 5 8 5 4 00 7 7 0 09 9 01 1 7 0 91 4 4 01 3 7 9 3 表2 3 楼盖需求阻尼比较表 需求阻尼范围注释 k d 9 5 楼盖体系满足要求即使支撑面是完全自由的 3 5 4 2 楼盖体系满足设计要求 2 1 5 德国的v d i2 0 5 7 1 9 8 6 1 9 8 6 年的v d i2 0 5 7 t 1 在保持原有足值的情况下 使用t i s 0 2 6 3 1 1 9 7 4 给 出的频率计权曲线 把z 轴的站姿或坐姿情况下的均方根加速度a m s 2 转化 为k z 值 k z 1 0 a 4 f ls 5 4 盖z 2 0 a 4 s 厂s 8 昭 1 6 0 a f 8 茎厂 8 0 类似的 对于x 轴和y 轴 站姿或坐姿 肠 五y 2 0 a 1 茎厂s 2 k x k y 5 6 a 2 曼f s 8 0 对于斜靠或者仰卧的人给出了一组在高频段对竖向振动很敏感的新的等振感曲 北京工业大学工学硕士学位论文 线 k x l 1 5 a l s s 3 1 5 k a z 4 8 a f 3 1 5 5 胚6 3 孟 j z 3 0 a 6 3s 兰8 0 对于卧姿下的水平振动与x 轴和y 轴振动的结果基本一样 k y l 咒琵 2 0 a l 茎届2 k a r l 月 z e 5 6 a i f 2 s 曼8 0 这个标准的第一部分给出了有关术语 第二部分给出了评价方法 包括x 值 法 第三部分给出了对于 值的简单近似分类 即感觉不到 置 0 1 刚好感 觉到 足 o 1 加 4 容易感觉到 k 0 4 1 6 强烈感觉到 足 1 6 6 3 非常强烈的感觉到 足 6 3 1 0 0 或者更高 2 1 6 国际标准化组织i s 0 2 6 3 1p a r t 2 1 9 8 9 1 为了评价在频率为l 一8 0 h z 振动作用下建筑物的舒适度 i s o 3 4 做了多次努 力 最后利用峰值加速度作为楼盖振动的控制指标 各种环境下的楼盖振动的控 制标准如表2 4 所示 表2 4 楼盖振动峰值加速度限值 可接受的楼盖峰 可接受的楼盖峰值 人员活动环境人员活动环境 值加速度加速度 医院手术室 o 0 0 2 5 9 商业 餐饮 舞厅 走道 0 0 1 5 9 住宅 办公 教堂 o 0 0 5 9 室外人行天桥 o 0 5 9 注 g 为重力加速度 2 1 7b s 6 4 7 2 1 9 9 2 b s 6 4 7 2 i 3 5 1 是基于i s o 发布的d i s2 6 3 1 2 基础上做了一些改进 以振动剂 量v d v 作为评价指标 因此不用区分振动类型是间歇振动和持续振动 并且可 以根据连续振动可接受的振动幅度推算得到间歇振动可接受的振动幅度 v d v 的计算公式为 r v d v s a 4 f 出 临 o t 为振动持续的时问 a 为均方根加速度 一1 2 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 在建筑物中 不管振动的时间有多长 该标准认为如果竖向振动的v d v 值 低于0 2 o 4 的范围 那么住户发生抱怨的可能性很小 而振动剂量达到0 4 0 8 时 住户就可能发生抱怨 如果v d v 值超过0 8 那么发生抱怨的人数就会 相当多 具体如表2 5 所示 表2 5 不同环境可接受的振动剂量值 环境抱怨可能较低可能出现抱怨出现抱怨 医院手术室 精密仪器室 o 1 o 30 4 住宅 o 2 o 40 20 4 办公 0 40 4 0 80 8 1 6 车问 0 81 63 2 该标准比较符合实际的情况 以上的标准都是根据振动的时间来判断是瞬时 振动还是持续振动 再利用各自对应的标准来确定是否满足舒适度的要求 而对 于一个振动是什么类型是一个比较复杂的问题 没有一个很明确的界限 所以有 时存在很大的误差 而利用振动剂量作为评价标准就不用区分具体的振动类型 根据振动的时间 均方根加速度来确定振动剂量的值 进而判断是否满足舒适度 的要求 2 1 8 钢设计指南系列1 l 1 9 9 7 和a t c 设计指南 1 9 9 9 钢设计指南系列1 1 1 9 9 7 3 6 雨 a t c 设计指南 1 9 9 9 3 7 1 这两个设计准则都 由m l l i 哪和a n e n 提出的 主要给出了行走和有节奏的运动下引起的楼盖振动设 计准则 对于行走引起的楼盖振动的设计准则和以前的单脚落足准则有所不同 考虑 的因素较多 故应用范围更加广泛和经济 该标准主要是利用峰值加速度来作为 主要的控制指标 行走引起得楼盖振动峰值加速度4 的具体计算公式如下 a d p p o e 0 3 s f 生 g9 g 式中p o e o 3 接近楼盖结构自振频率时人们行走产生的作用力o c 如 如 一 人们行走产生的作用力叫 见表2 6 五 一楼盖结构的竖向自振频率 h z 北京工业大学工学硕士学位论文 触卜一一楼盖对人员行走振动的阻抗 伊一一结构阻尼比 见表2 6 楼盖阻抗有效重量僻n g 重力加速度 9 s m 楼盖振动峰值加速度限值 m t 见表2 6 表2 6 人员活动环境 人员行走作用力皿n 结构阻尼比口田 峰值加速的限值 搪 住宅 办公 教堂 0 30 0 2 o 0 5 0 0 0 5 商场 o 3o 0 2 0 0 1 5 室内人行天桥 o 4 2 0 0 1 o 0 2 0 0 1 5 室外人行天桥 0 4 2 0 0 1o 0 5 此结构阻尼比阴于钢结构和混凝土结构 轻钢混凝土组合楼盖结构的阻尼比取该值乘 以2 阻尼比0 0 2 用于无家具和非结构构件情况 如无纸化电子办公区 开敞办公区和教堂 阻尼 比0 0 3 用于有家具 非结构构件 带少量可拆卸隔断的情况 阻尼比0 0 5 用于含全高填充墙 的情况 阻尼比0 0 2 用于天桥板带挂吊顶情况 有节奏的活动引起的楼板基频石的具体计算公式如下 z d 房 五 楼板结构竖向白振频率 见表2 9 南苷一在外荷载的作用下楼板能接受的最小频率值 户一人们有节奏运动下最不利的频率 扣一谐荷载对应的阶数 k 一活动场所参数 k 1 3 舞厅 k f f i l 7 一 音乐厅 比赛厅 k f f i 2 o 一健身 m c 广一楼盖单位面积上人员的等效重量 见表2 8 w 楼板单位面积上的等效重量 a r 一动力系数 见表2 8 一人们有节奏运动所在楼盖的振动加速度限值 见表2 7 一1 4 一 第2 章振动舒适度的评价标准及行人外荷载曲线 g 一一重力加速度 表2 7 人们有节奏运动所在楼盖的振动加速度限值 人员活动场所楼盖振动加速度限值 餐厅 举重房 0 o l s 0 0 2 5 9 活动用房 舞厅 健身房 体育馆 0 0 4 0 0 7 9 表2 培人们有节奏运动的荷载参数钆w p 运动场所 舞厅音乐厅 比赛厅健身房 0 6 l 21 5k n m o0 2k n m o n l g o0 5 0 5 3 h z 0 4 0 2 5 1 5 3 h z 1 5 2 2 7 5 蚴 幻以 0 1 5 0 0 5 3 5n z 0 6 4 5 5n z 幻矧 0 1 6 8 2 5h z 备注 音乐厅 比赛厅无固定座位 a l o 4 a 2 0 1 5 有固定座位 a l 0 2 5 a z 0 0 5 表2 9 运动场所所需满足的楼盖结构最小自振频率d 甜 运动场所 嘲 h z 舞厅 餐厅 a j g 0 0 2 3 i i z w f o 6 k n i m z 重楼盖w 5 k n m 2 6 4 中等楼盖w 2 5 k n i m 28 3 轻楼盖 w lk n m 2 1 2 有固定座位音乐厅 比赛厅 a j g o 0 5 d e 一5 h z w p 1 s k n m 2 重楼盖w 5 k n m 25 9 中等楼盖w 2 5 k n m 26 5 轻楼盖 w lk n m 2 8 健身房 o 1 5m s 2 不满足楼盖舒适度的要求 当装设t m d 之后 各节点的加速度都 以接近5 0 的比率下降 各点的峰值加速度值都 0 1 5 m s 2 不满足振动舒适度的要求 而当装设t m d 减振装置之后 各点的加速度 值都 o 1 5m s 2 满足了舒适度的要求 避免了行人引起的不舒适感 4 2 3 工况3 安装t m d 前后的动力响应对比 考虑5 0 0 人以同频率 同相位在过道上慢速走动 持续时闯为1 0 0 0 s 行人 外力荷载曲线 人的重量以及结构阻尼比的取值和4 2 1 中相同 步频为2 0 h z 通过计算得到楼盖上响应最大的四个节点的动力响应值如表4 3 所示 同时为了 直观地对比此工况下减振前后动力响应值的变化 图4 4 出了节点4 的竖向位移 和加速度响应时程曲线 一3 4 第4 章楼盖安装t m d 的控振效果分析 表4 3 工况3 减振前后最大响应点的挠度和加速度 节点减振前减振后减振率 l0 0 7 50 0 4 73 7 3 3 加速度 20 0 7 6o 0 4 54 0 7 9 m s 2 30 0 7 1 0 0 4 8 3 2 3 9 40 0 7 00 0 4 43 7 1 4 10 5 3 30 3 4 33 5 6 5 20 5 4 90 3 2 24 1 3 5 挠度c m m 30 5 2 10 3 3 0 3 5 7 0 4 0 5 2 5o 3 1 14 0 7 6 1 卯 p1 0 0 墨锄 叠 崔 卯 簸 1 层 1 o 2 曹0 静 0 6 0n 日1 62 拳3 24 4 85 6 丘4t 2b8 8 甄61 0 41 1 21 21 2 81 3 61 4 4 时间 s 0 卫b j j2 鼻3 24 04 j5 j a 4 7 0 0 dt 4 t1 q 冉1 1 工住d1 2 自1 1 3 暑1 4 时间 s 图4 4 工况3 加速度和位移响应时程曲线 2 0 h z 从表4 2 和表4 3 可以看出当楼盖未设置t m d 时 工况2 的动力响应值远 大于工况3 尤其是加速度 工况2 约为工况3 的2 倍 可见在其他条件都相同 的情况下 当改变人的步频时 对楼盖的动力响应影响较大 当装设减振装置之 后从表4 3 和圉4 4 中可以看到楼盖上各节点的动力响应值都有很大幅度的降 低 加速度和位移减振率达到4 1 左右 由此也可以看出t m d 对大跨楼盖由于 行人在过道上慢速走动时引起的振动的控制效果是比较明显的 从表4 3 中可以 得到各节点的加速度值都 o 1 5m s 2 满足楼盖振动舒适度的要求 北京工业大学工学硕士学位论文 4 2 4 工况4 安装t m d 前后的动力响应对比 考虑2 0 0 人在会议大厅前台以同频率 同相位一起跳动 持续时间为7 4 1 s 行人外力荷载曲线 人的重量以及结构阻尼比的取值和4 2 1 中相同 步频为 2 7 h z 通过计算得到楼盖上响应最大的四个节点的动力响应值如表4 4 所示 同时为了直观的对比减振前后动力响应值的变化 图4 5 出了节点4 的竖向位移 和加速度响应时程曲线 表4 4 工况4 减振前后最大响应点的挠度和加速度 节点减振前减振后减振率 l o 1 8 40 0 6 16 6 8 5 加速度 2o 1 7 50 0 6 36 4 o o m s 2 3o 1 9 00 0 6 06 8 4 2 40 1 7 50 0 6 26 4 5 7 l 0 7 7 60 2 8 56 3 2 7 2 0 7 0 50 2 7 56 0 9 9 挠度 衄 30 8 1 00 2 7 86 5 6 8 40 7 1 l0 2 6 96 2 1 7 枷 蜀1 5 0 1 0 0 1 5 0 j 0 篓委 o 毒 j o 0 黪 瞄由 0 8 0 q1 02 03 0t 0 s 06 0 0日 og 01 n 01 1 0 1 2 01 3 01 4 0 时间 o n o b2 0a a4 05 o丘ot ob o盈0 n 01 1 01 2 01 3 01 4 0 时阀c 图4 5 工况4 加速度和位移响应时程曲线 2 7 h z 一3 6 第4 章楼盖安装t m d 的控振效果分析 从表4 4 和图4 5 可以看出当楼盖上装设t m d 装置之后 楼盖上各点的动 力响应值都有很大幅度的降低 节点峰值加速度由o 1 8 m s 2 左右降低到0 0 6 1 m s 2 左右 最大位移也由0 7 r a m 左右降低到0 2 7 r a m 左右 加速度和位移减振率 达到6 3 左右 比以上三种工况的减振效果更加明显 这主要是由于工况4 的 步频接近楼盖结构的基频 各节点在减振前加速度值都卸 1 5m s 2 不满足舒适 度得要求 利用t m d 减振之后 各节点的峰值加速度值以6 5 的幅度降低 减 振后加速度的值都 0 1 5m s 2 满足了相关的规定 4 2 5 本节小结 从表4 1 4 4 和图4 2 4 5 中可以看出 在楼盖上装设t m d 后 各种工况 下位移和加速度都有不同程度的减小 其中接近楼盖基频的工况4 减振效果最为 明显 加速度和位移减振率为6 3 左右 而远离基频的工况3 减振效果略低于其 他三种工况 位移和加速度减振率为4 1 左右 由此可以得出 当外荷载频率越 接近楼盖结构频率 尤其是基频 t m d 的减振效果就越好 在四种工况下 动 力响应最大的是工况1 加速度和位移响应值分别为0 2 9 3 m s 2 1 7 2 1 m m 动 力响应最小的是工况3 加速度和位移响应值仅为0 0 7 3 m s 2 o 5 8 8 m m 工况1 的动力响应值约为工况3 的3 倍左右 由此可见作用在楼盖上的人员数量 行人 的活动状况和所处位置对楼盖动力响应影响较大 装设t m d 装置之后 得到的 峰值加速度响应值均小于0 0 1 5 9 满足了楼盖的舒适度要求 避免了共振现象的 发生 同时也提高了结构的安全和使用性能 特别需要指出的是 本工程已经建 成 从使用的效果来看 没有行走所带来的不舒适感 表明采用t m d 达到了预 期的减振效果 4 3 改变激励荷载频率时t m d 的减振效果分析 4 3 1 工况1 下激励荷载不同频率时的t m d 减振效果 本节主要是考虑在会议大厅的座位上全部施加外荷载 在其他条件都相同的 情况下 当外荷载激励频率在1 6 h z 3 2 i i z 之间变化时对楼盖的动力响应有何影 响 通过s a p 2 0 0 0 程序计算分析了不同频率下设置和不设置t m d 两种情况楼盖上 北京工业大学工学硕士学位论文 响应最大的四个节点的峰值加速度和最大位移值如表4 5 所示 表4 5 减振前后最大响应点的挠度和加速度 节点1 激励频率 加速度 m s 2 挠度 m m h z 减振前减振后减振率 减振前 减振后 减振率 1 60 1 1 50 1 0 58 7 0 0 9 5 90 8 8 57 7 1 1 80 1 2 lo 1 0 8 1 0 7 4 1 0 4 00 8 9 81 3 6 5 1 9o 1 6 70 1 1 2 3 2 9 3 1 1 3 00 7 5 53 3 1 9 2 00 1 7 3o 1 1 63 2 9 4 1 2 6 0o 7 6 43 9 3 7 2 20 2 5 60 1 2 85 0 0 0 1 4 6 00 8 3 34 2 9 5 2 40 2 9 30 1 4 35 1 2 0 1 7 2 10 9 3 74 5 5 5 2 50 3 4 2o 1 5 1 5 5 8 5 1 8 0 00 9 4 04 7 7 8 2 7o 6 1 90 2 4 l 6 1 0 7 2 8 5 01 1 9 05 8 2 5 2 91 0 2 7o 3 7 86 3 1 9 3 5 2 01 5 4 05 6 2 5 3 o0 8 3 l0 4 2 14 9 3 4 2 6 1 01 6 2 03 7 9 3 3 1o 7 2 l0 5 7 71 9 9 7 1 9 9 01 7 2 01 3 5 7 一 3 20 6 9 90 6 7 83 o o 1 8 l o1 7 8 01 6 6 节点2 1 60 1 1 10 0 9 91 0 8 l 0 9 7 3o 8 4 61 3 0 5 l 8 o 1 2 40 1 0 81 2 9 0 1 0 7 00 8 9 71 6 1 7 1 9o 1 5 l0 0 9 83 5 1 0 1 1 8 00 7 2 73 8 3 8 2 o0 1 7 80 1 l l3 7 6 4 1 2 3 00 7 5 03 9 0 2 2 2o 2 5 l0 1 2 55 0 2 0 1 5 0 0 o 8 2 1 4 5 0 乃6 2 40 2 9 1 0 1 4 15 1 5 5 1 6 5 20 8 6 74 7 5 2 2 5 0 3 3 9 o 1 5 2 5 5 1 6 1 8 4 00 9 5 l4 8 3 2 2 7o 5 6 l0 2 4 55 6 3 3 2 6 7 01 1 1 05 8 4 3 2 90 9 1 00 3 7 25 9 1 2 3 1 7 01 4 3 05 4 8 9 3 o 0 7 7 60 4 3 2 4 4 3 3 2 6 2 01 6 3 0 3 7 7 9 3 10 6 6 20 5 8 21 2 0 8 1 9 8 01 7 8 0i o 1 0 3 20 6 3 10 6 1 l3 1 7 1 7 9 01 7 2 03 9 1 节点3 1 60 1 0 90 1 0 17 3 4 0 9 8 50 8 7 81 0 8 6 l 80 1 1 5o 1 0